我國節(jié)水灌溉及其技術(shù)措施研究

王飛寒，王 鵬，孫亞楠

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學院，河南 開封 475004；2.平頂山市郟縣水利局汝河管理所，河南 平頂山 467100；3. 嵩縣龍源水電有限公司，河南 洛陽 471400）

0 引言

水是大自然的重要組成物質(zhì)，是“生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”，是人類生活和生產(chǎn)活動不可缺少的重要資源，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎，也是維持良好生態(tài)環(huán)境的要素之一[1]。 我國多年平均年水資源總量為28412 億m3（扣除地表和地下水資源量的重復計算量），其中，地表水資源量為27 338 億m3，地下水資源量為8218 億m3。 從水資源總量上看，我國屬于富水國，居世界第6 位。 然而，我國耕地占世界耕地的9%，人口占世界人口的22%，當前人均水資源占有量約為2 100 m3，僅為世界人均水平的28%，是全球13 個人均水資源最貧乏的國家之一[1～2]。 因此，我國是一個水資源并不富裕的國家，人多水少、水資源時空分布極不均勻是我國的基本國情、水情。

在我國各個用水部門中，農(nóng)業(yè)用水最多，約占全國總用水量的70%～80%。 由于農(nóng)業(yè)進行節(jié)水灌溉的各項措施還沒有得到充分實行，水資源浪費較大，因此，灌區(qū)全面推行節(jié)水灌溉是解決我國水資源匱乏問題的一條關(guān)鍵途徑。

1 我國灌區(qū)實行節(jié)水改造與推行節(jié)水灌溉的必要性

我國人口眾多、耕地資源和水資源匱乏，節(jié)約灌溉用水、提高水資源利用效率和效益，恢復和發(fā)展灌溉面積，穩(wěn)定和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，是當今水利工作的一項重要任務。

灌區(qū)一般是指有可靠水源，引、輸、配水渠道系統(tǒng)和相應排水溝道的灌溉面積。目前,我國有大型灌區(qū)402 處、中型灌區(qū)5 200 多處、小型灌區(qū)1 000 多萬處[2]。 我國大中型灌區(qū)灌溉面積約占全國總灌溉面積的2/3，是我國的糧棉主要生產(chǎn)基地，也是國家糧食安全的重要保障，在我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、城鄉(xiāng)供水乃至整個國民經(jīng)濟領域，都占有十分重要的地位。

1.1 實行節(jié)水改造的必要性

目前，我國農(nóng)業(yè)年用水量4000 多億m3，尚缺數(shù)百億m3。 然而，我國多數(shù)灌區(qū)的灌溉水有效利用系數(shù)在0.4 左右，因此，需要通過節(jié)水改造緩解水資源的供需矛盾。

我國大中型灌區(qū)多建于20 世紀50～70 年代，因當時條件所限，灌區(qū)工程設計標準低、施工質(zhì)量差，運行維護投入不足，經(jīng)過幾十年運行，普遍存在老化失修嚴重、工程安全隱患眾多、灌溉管理方式落后、有效灌溉面積衰減、灌溉效益低下等問題。 這些問題都已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)和整個國民經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。

國家非常重視灌區(qū)節(jié)水改造工作。 早在1996年，國家就正式啟動了大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造項目，至2005 年，中央和地方已投入資金152 億元，對全國255 處大型灌區(qū)實施了以節(jié)水為中心的續(xù)建配套和更新改造，新增、恢復灌溉面積200 余萬hm2，改善灌溉面積約467 余hm2，新增節(jié)水能力120 億m3，新增糧食生產(chǎn)能力110 億kg，投資效益非常顯著。 2011 年，中共中央、國務院一號文件《中共中央國務院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》中關(guān)于“大興農(nóng)田水利建設”的第一要求：到2020 年，基本完成大型灌區(qū)、重點中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造任務。 擴大節(jié)水、抗旱設備補貼范圍，大力發(fā)展節(jié)水灌溉。“十二五”期間，新增農(nóng)田有效灌溉面積266.7萬hm2，將農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.55 以上。

1.2 推行節(jié)水灌溉的必要性

節(jié)水灌溉是指根據(jù)作物需水規(guī)律和當?shù)毓┧畻l件，高效利用降水和灌溉水，以獲取農(nóng)業(yè)的最佳經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)環(huán)境效益所采取的多種措施的總稱。 其核心是降低灌溉用水過程中水資源的無效損耗，盡量減少水量輸送過程中水庫、渠系的水面蒸發(fā)和滲漏損失，減少農(nóng)田的無效土壤蒸發(fā)和深層滲漏，減少作物的蒸騰耗水，實現(xiàn)最大限度地提高灌溉水有效利用率和作物水分利用效率。

在我國各個用水部門中，農(nóng)業(yè)用水最多，約占全國總用水量的70%～80%。 但是，我國的節(jié)水灌溉處于低水平發(fā)展階段，先進的節(jié)水灌溉技術(shù)覆蓋率不足10%。 農(nóng)業(yè)灌溉水利用率只有25%～40%左右，比發(fā)達國家低25%～30%。 傳統(tǒng)漫灌使1 hm2耕地每年灌溉用水量高達9 000 m3，比發(fā)達國家多4 500～6 000 m3。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，水資源的供需矛盾越來越突出。 據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在全國每年缺水約400 億m3，其中，農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)象較為嚴重。 旱災給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失，因旱災損失的糧食產(chǎn)量占各種自然災害損失糧食總產(chǎn)量的50%以上，占年平均糧食總產(chǎn)量的5%左右。據(jù)統(tǒng)計，20 世紀90 年代，全國農(nóng)業(yè)因旱受災面積年平均為2 490 萬hm2，進入21 世紀，年平均為2 570 萬hm2。2000 年是嚴重干旱年，因旱災減產(chǎn)糧食600 億kg，占年糧食總產(chǎn)量的13%，經(jīng)濟作物損失高達511 億元。 在農(nóng)業(yè)水資源短缺的同時，由于人們對水資源的管理利用不當，先進的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和現(xiàn)代化的管理措施沒有得到大面積的應用和推廣，水資源的浪費也是非常嚴重的。 有人估計，每年農(nóng)業(yè)浪費的水量達1 000 億m3。 由此可見，我國的水資源浪費嚴重，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大。

隨著我國人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，水問題已成為21 世紀我國通往可持續(xù)發(fā)展道路的一大障礙。 因此，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)、提高灌溉管理水平勢在必行。

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的主要技術(shù)措施

節(jié)水技術(shù)是一個綜合技術(shù)體系，包含了農(nóng)學、植物生理、土壤化學、微生物學、環(huán)境、氣象和農(nóng)業(yè)工程等多門學科的綜合應用技術(shù)[3～4]。 農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)主要包括3 個方面：工程節(jié)水技術(shù)、非工程節(jié)水技術(shù)和管理技術(shù)。 農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系如圖1 所示。

圖1 農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系圖Fig.1 Agricultural water-saving technology system

下面主要介紹幾種常用的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)措施。

2.1 降低渠道輸水損失

發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)行之有效的措施有渠道防滲、低壓管道輸水、改進地面灌溉技術(shù)、發(fā)展噴灌與微灌、實行節(jié)水灌溉制度等。 這些節(jié)水技術(shù)無疑均是重要的和必需的，但節(jié)水效益最大的技術(shù)則是渠道防滲。 根據(jù)國內(nèi)外實踐經(jīng)驗，采取防滲措施后，至少可使渠道滲漏損失量減少一半以上。 目前，我國農(nóng)業(yè)灌溉的主要輸水手段是渠道，而傳統(tǒng)的土渠輸水滲漏損失量約為引水總量的50%～60%，一些土質(zhì)較差的渠道滲漏損失達70%以上，是灌溉水損失量的最大一部分。 因此，大力發(fā)展渠道防滲技術(shù)，是節(jié)水灌溉的重要途徑。 據(jù)有關(guān)資料分析，我國每年灌溉用水量約為3 500 億m3，而渠系每年滲漏損失水量約為1 700 億m3，水量損失非常嚴重。 目前，我國已建渠道防滲工程為55 萬多km，僅占渠道總長的18%，即80%以上的渠道沒有進行防滲，渠系水的利用系數(shù)很低，平均不到50%，低于其他國家（美國為0.78，前蘇聯(lián)為0.6～0.7，日本為0.61，巴基斯坦為0.58等）。 也就是說，從水源到田間，有50%以上的灌溉水因渠道滲漏而損失掉了。 由于渠道滲漏浪費的水量很大，我國糧食作物的水分生產(chǎn)率僅為1 kg/m3左右，而以色列高達2.32 kg/m3。 如果我國灌溉渠系水的有效利用系數(shù)提高0.10，則每年可節(jié)約水量350 億m3左右，約等于正在規(guī)劃建設的南水北調(diào)中線工程年引水量2.7 倍。 這對緩解我國水資源供需矛盾將起到巨大作用。

2.2 推廣節(jié)水型灌水方法和技術(shù)

灌水方法的好壞，直接影響灌水均勻程度和田間水量損失大小。 我國目前采用較多的節(jié)水型灌水方法有下列幾種類型[5]。

（1）噴灌、微灌。 噴灌不要求地面平整，可用于地形復雜、土壤透水性大等進行地面灌溉有困難的地方，但要求有一定的機械設備和動力，投資較大，技術(shù)也較復雜。 噴灌與地面灌溉相比，可省水30%～50%。 微灌又稱局部灌溉，是只濕潤作物根部附近一部分土壤的灌水方式，它比噴灌更省水。

（2）低壓管道灌溉。 低壓管道灌溉簡稱“管灌”，是利用低壓管道代替渠道輸水的一種灌水方法。 它具有一次性投資少、設備簡單，節(jié)水（比土渠省水40%），省工、省地、省時，增產(chǎn)效益顯著，農(nóng)民易于掌握等優(yōu)點，頗受重視。 目前，在無力發(fā)展噴灌和微灌的地方，“管灌”是一個可行的節(jié)水灌溉方法。 在井灌區(qū)，逐步用低壓管道來代替中小型渠道，也可以取得很顯著的節(jié)水效果。 在我國北方，井灌區(qū)已發(fā)展到30×106hm2。實踐證明，“管灌”是我國北方地區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的重要途徑之一。 管道輸水有多種使用范圍，大中型灌區(qū)可以采用明渠輸水與管道有壓輸水相結(jié)合的方法，配備專門為噴灌供水的壓力輸水管道和為田間溝畦灌的低壓管道輸水。

（3）節(jié)水型地面灌溉。 地面灌溉，如溝灌、畦灌等至今仍是我國廣泛使用的灌水方法。 傳統(tǒng)的地面灌溉定額大、滲漏多，比其他方法費水。 但是改進后，可節(jié)省很多水量。 例如，平整土地，長畦改短畦，大畦改小畦，利用地膜輸水(即膜上灌)等，均有顯著的節(jié)水效果。

2.3 集蓄利用雨水

雨水集蓄利用工程是指對降雨進行收集、 匯流、存儲，并用于節(jié)水灌溉的一套系統(tǒng)。 一般由集雨系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)組成。 雨水利用是一項古老的技術(shù)，遠在公元前2000 多年的中東地區(qū)，就有收集雨水用于生活和灌溉的事例。 在阿富汗、伊朗、巴基斯坦和中國的新疆，2 000 多年前就建造了坎兒井，用于灌溉。 約1 500 年前，以色列的納巴秦人利用年降雨量僅100 mm 的雨水資源，在沙漠中種出莊稼。 在墨西哥、秘魯和南美的安第斯山的山坡上，1000 多年前就建造起了能灌能排的雨養(yǎng)梯田。 幾百年前，印第安人就收集雨水，種植玉米、南瓜和甜瓜。 20 世紀中期，以色列制訂了“沙漠花園”計劃，實施多種形式的雨水集蓄利用工程，在沙漠上種出了莊稼，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 20 世紀80 年代以來，在一些發(fā)展中國家（如東南亞的尼泊爾、印度、菲律賓和泰國，非洲的肯尼亞、博茨瓦納、納米比亞、坦桑尼亞和馬里等國），雨水集蓄利用系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，利用范圍也從生活用水向城市用水和農(nóng)業(yè)用水發(fā)展。 工業(yè)發(fā)達國家，如日本、澳大利亞、美國、新加坡、法國、瑞典等國，目前也都在開發(fā)利用雨水。

20 世紀80 年代末，我國開展了雨水匯集利用技術(shù)的研究，如匯流表面薄層水泥處理技術(shù)，水窖構(gòu)建及布局技術(shù)，匯集效率、匯流面與種植面積比例確定技術(shù)等，都取得了一些成果。 近幾年，在甘肅東部、陜西白于山區(qū)和寧夏南部發(fā)展起來的窖灌農(nóng)業(yè)就是采用典型的雨水匯集利用技術(shù)，有的地區(qū)已把它作為扶貧工程，深受群眾歡迎。

2.4 提高用水管理水平

管理節(jié)水是通過提高灌溉管理水平，采用科學的灌溉方式進行節(jié)水的一種措施。 科學有效的管理，能大量減少灌溉用水的浪費。 例如，山東省在引黃灌區(qū)采用“分級供水，用水計量”的辦法，使灌溉定額由原來的351 m3減少到272 m3，節(jié)水23%，渠系水有效利用系數(shù)由原來的0.43 提高到0.54。

管理節(jié)水措施主要有：根據(jù)作物需水量和對土壤墑情的監(jiān)測，進行適時、適量的科學灌溉；對灌溉用水進行科學合理的調(diào)度； 通過調(diào)整過低的水價，改革用水管理體制，讓農(nóng)民參與管理，提高農(nóng)民節(jié)水意識。

3 推行節(jié)水灌溉的成效

3.1 灌溉水利用率顯著提高

中國平均灌溉水利用率由20 世紀70 年代估算的30%左右提高到了2007 年的47.5%，單位面積平均灌溉用水量從7 950 m3/hm2降到6 435 m3/hm2。在灌溉用水總量基本不增加的情況下，有效灌溉面積由20 世紀70 年代末的4 887 萬hm2發(fā)展到2007年的5 778.2 萬hm2。

以大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造項目為例，1996～2006 年10 年間，中國累計投資212.6 億元，對363 個灌區(qū)的病險工程、“卡脖子”工程和滲漏嚴重的渠段進行了改造，共恢復、改善、新增灌溉面積666.7 萬hm2。 據(jù)分析測算：項目實施前后相比，渠系水利用系數(shù)由0.49 提高到0.54，灌溉水利用率由42.1%提高到47.8%；畝均灌溉水量由529m3下降到469m3；新增節(jié)水能力125 億m3[2]。

3.2 水分生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力明顯提高

根據(jù)對363 個已經(jīng)實施續(xù)建配套和節(jié)水改造的大型灌區(qū)的測算分析：糧食作物產(chǎn)量平均提高了450 kg/hm2，新增糧食生產(chǎn)能力115 億kg；取得了國家每投入1.84 元，新增1 kg 糧食生產(chǎn)能力和節(jié)水1.1m3的雙重效益。

3.3 加快了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變

節(jié)水灌溉的發(fā)展加快了中國農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)向現(xiàn)代轉(zhuǎn)型的進程。 良好的灌排基礎設施與先進的農(nóng)業(yè)技術(shù)和優(yōu)良品種有機結(jié)合，使不少節(jié)水灌溉項目區(qū)由過去一家一戶的分散經(jīng)營形式轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)民合作組織、大戶承包等經(jīng)營形式，推進了農(nóng)業(yè)的區(qū)域化種植、規(guī)模化經(jīng)營和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有力地促進了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收。

3.4 緩解了水資源供需矛盾，改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境

推行節(jié)水灌溉后，節(jié)約的灌溉用水，一部分用于提高灌溉保證率，改善和新增灌溉面積；一部分轉(zhuǎn)移為工業(yè)和生活用水；一部分提供給生態(tài)用水系統(tǒng)。 據(jù)調(diào)查，2004 年前實施的續(xù)建配套和節(jié)水改造的大型灌區(qū)，2004 年與1998 年比較，項目區(qū)新增節(jié)水能力的30.1%用于生態(tài)環(huán)境建設，16.1%用作城市和工業(yè)供水，取得了顯著的社會及生態(tài)環(huán)境效益。

4 結(jié)語

水資源短缺與節(jié)水將是我國未來不得不面對的一個主題。 它不僅關(guān)系到糧食安全、生態(tài)安全，而且關(guān)系到國家安全。 農(nóng)業(yè)節(jié)水將是解決我國水問題的一條關(guān)鍵途徑。

目前，我國在節(jié)水灌溉技術(shù)措施的各方面都已具備了相當?shù)募夹g(shù)支撐與儲備，但由于種種原因，應用面積與范圍尚小。 繼續(xù)加大節(jié)水灌溉工程技術(shù)的投入力度，在各類灌區(qū)大力發(fā)展渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水灌溉技術(shù)、噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、雨水匯集利用技術(shù)和加強用水管理等各項節(jié)水技術(shù)，將是我國今后節(jié)水灌溉發(fā)展的方向。

[1] 呂桂軍. 鹽堿土壤中根系分區(qū)交替灌溉條件下水鹽運動研究[D]. 楊凌:西北農(nóng)林科技大學，2006:1-3.

[2] 中華人民共和國水利部農(nóng)村水利司,中國灌溉排水發(fā)展中心. 中國節(jié)水灌溉[M]. 北京:中國水利水電出版社，2009.

[3] 譚興華. 黃河下游大型引黃灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)研究[J]. 人民黃河,2002(8):34-35.

[4] 逄煥成. 我國節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J]. 中國土壤與肥料，2006(5):1-6.

[5] 郭元裕. 農(nóng)田水利學[M]. 北京:中國水利水電出版社,1997.